Undersøgelse viser, hvordan man kan forbedre produktionen på vindmølleparker

Hvad der er godt for en, er ikke altid bedst for alle.

Solitære vindmøller producerer mest effekt, når de peger direkte ind i vinden. Men når tæt pakkede linjer af møller møder vinden på vindmølleparker, vågner fra opstrøms generatorer kan forstyrre dem nedstrøms. Som en speedbåd bremset af hakket vand fra en båd foran, kølvandet på en vindmølle reducerer produktionen af ​​dem, der står bag.

At pege møller lidt væk fra modgående vind-kaldet vågestyring-kan reducere denne interferens og forbedre både mængden og kvaliteten af ​​strøm fra vindmølleparker, og sandsynligvis lavere driftsomkostninger, viser en ny Stanford -undersøgelse.

"For at opfylde globale mål for produktion af vedvarende energi, vi skal finde måder at generere meget mere energi fra eksisterende vindmølleparker, "sagde John Dabiri, professor i civil- og miljøteknik og maskinteknik og seniorforfatter af papiret. "Det traditionelle fokus har været på ydelsen af ​​individuelle møller i en vindmøllepark, men vi skal i stedet begynde at tænke på gården som helhed, og ikke kun som summen af ​​dens dele. "

Turbinewakes kan reducere effektiviteten af ​​generatorer med mere end 40 procent. Tidligere har forskere har brugt computersimuleringer til at vise, at fejljustering af møller fra de herskende vinde kan øge produktionen af ​​nedstrøms møller. Imidlertid, at vise dette på en rigtig vindmøllepark er blevet forhindret af udfordringer med at finde en vindmøllepark, der er villig til at standse normal drift til et eksperiment og til at beregne de bedste vinkler for møllen - indtil nu.

Først, Stanford -gruppen udviklede en hurtigere måde at beregne de optimale forskydningsvinkler for møller, som de beskrev i en undersøgelse, udgivet 1. juli i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Derefter, de testede deres beregninger på en vindmøllepark i Alberta, Canada i samarbejde med operatøren TransAlta Renewables. Gårdens samlede effekt steg med op til 47 procent i lave vindhastigheder - afhængigt af møllernes vinkel - og med 7 til 13 procent i gennemsnitlige vindhastigheder. Vågestyring reducerede også ebber og strømme, der normalt er en udfordring med vindkraft.

"Gennem vågestyring, frontmøllen producerede mindre strøm, som vi havde forventet, "sagde maskiningeniør Ph.D. -studerende Michael Howland, hovedforfatter på undersøgelsen. "Men vi fandt ud af, at på grund af nedsatte vågneeffekter, downstream -møllerne genererede betydeligt mere strøm. "

Variabilitet

Variabel produktion fra vindmølleparker gør administrationen af ​​nettet vanskeligere på to vigtige måder.

Den ene er behovet for backup strømforsyninger, som naturgasfyrede kraftværker og store, dyre batterier. I den nye undersøgelse, effektforbedringen ved lave vindhastigheder var særlig høj, fordi møller typisk holder op med at dreje under en minimumshastighed, helt at reducere produktionen og tvinge netforvaltere til at stole på backup -strøm. I langsom vind, vågestyring reducerede den tid, hastigheder faldt under dette minimum, fandt forskerne. Især de største gevinster var om natten, når vindenergi typisk er mest værdifuld som supplement til solenergi.

Den anden er behovet for at matche nøjagtigt den mængde elektricitet, der leveres og bruges i en region hvert øjeblik for at holde nettet pålideligt. Luftturbulens fra vågne kan gøre vindmølleparkens produktion uregelmæssig minut for minut - en periode for kort til at fyre en gasgenerator op. Dette gør matchende udbud og efterspørgsel mere udfordrende for systemoperatører på meget kort sigt. De har værktøjer til at gøre det, men værktøjerne kan være dyre. I undersøgelsen, vågestyring reducerede den meget kortsigtede variation i elproduktionen med op til 72 procent.

Derudover reduktion af variabilitet kan hjælpe vindmølleparkejere med at sænke deres driftsomkostninger. Turbulens i vågne kan belaste turbineblade og øge reparationsomkostningerne. Selvom forsøget ikke varede længe nok til at bevise, at vågestyring reducerer mølletræthed, forskerne foreslog, at dette ville ske.

"Det første spørgsmål, som mange operatører stiller os, er, hvordan dette vil påvirke deres møllers langsigtede strukturelle sundhed, "Sagde Dabiri." Vi arbejder på at finde de nøjagtige effekter, men hidtil har vi set, at du faktisk kan reducere mekanisk træthed gennem vågestyring. "

Modellering og langsigtet levedygtighed

For at beregne de bedste forskydningsvinkler til denne undersøgelse, forskerne udviklede en ny model baseret på historiske data fra vindmølleparken.

"Design af vindmølleparker er typisk en meget data- og beregningsmæssigt intensiv opgave, "sagde Sanjiva Lele, professor i luftfart og astronautik, og maskinteknik. "I stedet, vi etablerede forenklede matematiske repræsentationer, der ikke kun fungerede, men også reducerede beregningsbelastningen med mindst to størrelsesordener. "

Denne hurtigere beregning kan hjælpe vindmølleparkoperatører med at bruge vågestyring i vid udstrækning.

"Vores model er i det væsentlige plug-and-play, fordi den kan bruge de stedsspecifikke data om vindmølleparkens ydeevne, "Howland sagde." Forskellige landbrugssteder vil kunne bruge modellen og løbende justere deres møllevinkler baseret på vindforhold. "

Selvom forskerne ikke var i stand til at måle en ændring i den årlige elproduktion på grund af den begrænsede 10-dages varighed af denne felttest, det næste trin, sagde Dabiri, er at køre felttest i et helt år.

"Hvis vi kan nå det punkt, hvor vi kan implementere denne strategi i stor skala i lange perioder, vi kan potentielt optimere aerodynamik, elproduktion og endda arealanvendelse til vindmølleparker overalt, "sagde Dabiri.